Дієта для новонароджених впливає на біоенергетику мітохондрій печінки у поросят, яких годують сумішами або ВМК жіночого молока
Анотація
Передумови
Дієта для новонароджених впливає на багато фізіологічних систем і може змінити ризик розвитку метаболічних захворювань та ожиріння в подальшому житті. Менш добре вивчений вплив постнатальної дієти (наприклад, порівняння годування грудним молоком (ВМ) або молочною сумішшю) на біоенергетику мітохондрій. Такі наслідки можуть бути найглибшими у тканинах спленхічних клітин, які мали б ранній вплив на дієтичні фактори або фактори, що походять від кишечника.
Методи
Для вирішення цього питання ми вимірювали фенотипи біоенергетики мітохондрій клубової кістки та печінки у поросят чоловічої статі, які годувались HM або MF з 2-го по 21-й день. Тканину клубової кістки та печінки обробляли для мітохондріального дихання (лише субстрат [піруват, малат, глутамат], субстрат + АДФ та пост-олігоміцин, що витікає з протону; вимірюється методами Оробороса), мітохондріальна ДНК (mtDNA) та метаболічно відповідна експресія генів аналізи.
Результати
Жодних відмінностей між групами дієт не спостерігалося в показниках міохондріальної біоенергетики в клубовій тканині. На відміну від цього, залежність від ADP печінкової комплексу I-зв’язаної OXPHOS та ємності OXPHOS-комплексу I + II була значно вищою у тварин із МФ порівняно з поросятами, які годували НМ. Цікаво, що вміст транскриптів p53, Trap1 та Pparβ був вищим у MF-годуваних порівняно з HM-поросятами в печінці. Копії мітохондріальних ДНК (нормалізовані до ядерної ДНК) були подібними всередині тканини незалежно від постнатальної дієти і були
У 2–3 рази вище у тканинах печінки та клубової кишки.
Висновок
Хоча механізми залишаються ідентифікованими, дані вказують на те, що дієта для новонароджених може суттєво впливати на фенотипи біоенергетики мітохондрій печінки, навіть за відсутності зміни чисельності мтДНК. Оскільки пермеабілізоване мітохондріальне дихання печінки було посилене у поросят з МФ лише у присутності АДФ, це свідчить про те, що годування сумішшю призвело до більшого обороту АТФ. Особливі механізми та сигнали, пов’язані з різницею в біоенергетиці печінки, пов’язаною з дієтою новонароджених, ще потребують з'ясування.
Передумови
Доведено, що грудне вигодовування позитивно впливає на фізіологічні системи організму, включаючи імунну систему та метаболічно важливі тканини, такі як печінка, жирова клітина та когнітивні центри мозку [1, 2]. Недавні дослідження показали, що у немовлят, які годуються сумішшю з молока (ММ), швидше набирають вагу протягом перших тижнів життя порівняно з немовлятами, що перебувають на грудному вигодовуванні, і, схоже, це пов’язано із збільшенням ваги в подальшому житті [3,4,5]. Склад поживних речовин жіночого молока (ВМ) у порівнянні з молочними сумішами може зіграти значну роль у спостережуваних метаболічних результатах та зафіксованих різницях у здоров’ї при порівнянні цих двох новонароджених дієт [6,7,8,9,10,11]. Мітохондріальна функція та енергетичний гомеостаз впливають на всі ці системи, але роль дитячого харчування та програмування клітинної біоенергетики залишається в основному невивченою.
Зростає оцінка впливу дієти раннього віку на "програмування" фізіологічних систем з потенційними метаболічними наслідками в дитинстві чи дорослому віці. Більш важливим є те, що зростає консенсус щодо того, що харчові «ефекти програмування» зберігаються та впливають на ризик алергії, астми, ожиріння, діабету та серцево-судинних захворювань і в подальшому житті [1, 19,20,21,22,23,24]. Ми висунули гіпотезу, що дієта новонароджених (НМ та МФ) може різним чином впливати на дихання мітохондрій у тонкій кишці (клубовій кишці) та печінці. Для розв’язання нашої гіпотези ми використовували поросят, які годувались HM та MF в контрольованих експериментальних умовах, через нестабільну мінливість, пов’язану з свинями, що годуються свиноматками (наприклад, житло на фермі, контакт матері зі шкірою та годування груддю). Тканини відбирали у поросят, яких годували HM та MF, між постнатальним днем 2–21, щоб визначити субстратне та АДФ-дихання, а також номер копії ДНК мітохондрій. Наскільки нам відомо, це перше дослідження, яке характеризує вплив парадигм постнатального годування на функцію тканинних мітохондрій на більшій моделі тварин.
Методи
Вивчати дизайн
Обробка тканин для функціонального аналізу мітохондрій
Тварин голодували протягом 8 год до забору тканин. Для оцінки функції мітохондрій випадково вибрали підмножину поросят (HM, = 8–11; MF, = 8–11; див. окремі цифри). Ми відміряли 50 см від дистального кінця тонкої кишки, і на цьому знаку тканину вирізали як проксимальний зразок 15 см. Зразки клубової кишки та печінки для аналізу функції мітохондрій обробляли відразу після збору. Частина клубової кишки і печінки (~ 40 мг) негайно занурювали в крижаний буфер для консервації (BIOPS), що містить 10 мМ буфер Ca-EGTA, 20 мМ імідазолу, 20 мМ таурину, 50 мМ K-MES, 0,5 мМ дитиотрейтолу, 6,56 мМ MgCl2, 5,77 мМ АТФ та 15 мМ креатинфосфату (рН 7,1) [26] для аналізу мітохондріального дихання протягом 1–2 год збору тканин.
Зразки клубової кістки та печінки подрібнювали (0,1–0,2 мм) за допомогою дрібних і гострих щипців, перебуваючи на льоду, та хімічно проникали протягом 20 хв у буфер BIOPS, що містив 50 мкг/мл сапоніну при 4 ° C [27,28,29,30]. Зразки переносили в 2 мл буфера MIR05 (0,5 мМ EGTA, 3 мМ MgCl2, 60 мМ K-лактобіонату, 20 мМ таурину, 10 мМ KH2PO4, 20 мМ HEPES та 110 мМ сахарози та 1 мг/мл незамінних жирних кислот- вільний бичачий сироватковий альбумін (Sigma Aldrich, Сент-Луїс, Міссурі, США; партія SLBF5061V) з подальшим 10-хвилинним перемішуванням на шейкері для змивання решти сапоніну. Менше 10 мг клубової кишки та близько 3 мг печінки з вологою масою переносили в камеру респірометра Oxygraph-2 k (O2k) (Oroboros Instruments, Інсбрук, Австрія), що містить 2 мл буфера MIR05 [28, 31, 32].
Респірометрія з високою роздільною здатністю (HRR)
Перед кожним експериментом проводили калібрування фону на кожному поліграфічному датчику кисню O2k (POS). Це калібрування проводили в буфері MIR05 при насиченні повітрям. Нульові калібрування кисню та інструментальний фон проводили через рівні проміжки часу протягом усього періоду збору даних (∼ 12 місяців), використовуючи титрування дитионіту. Це забезпечило прийнятний інструментальний фон POS та стабільність у часі [26]. Температуру підтримували на рівні 37 ± 0,01 ° C за допомогою електронного Пельтьє під час усіх експериментів з респіметрією високої роздільної здатності (HRR). Концентрацію O2 в буфері MIR05 реєстрували з інтервалами від 2 до 4 с, з яких розраховували потоки O2 в пікомолярному діапазоні (DatLab версія 6; Oroboros Instruments, Інсбрук, Австрія) [31]. Після того, як зразки тканини були поміщені в камери O2k, була створена газова фаза. Близько 1 мл 99% O2 вводили в кожну камеру O2k, і контролювали рівновагу газової фази та концентрації OIR MIR05, поки в буфері MIR05 не було досягнуто концентрації O2 ∼ 400 мкМ; Вимірювання потоку O2 зазвичай проводили, коли концентрації O2 знаходились в межах 200-400 мкМ, щоб мінімізувати будь-які артефакти залежності від O2 та уникнути потенційних обмежень дифузії кисню в прониклих зразках тканин.